Luận án TS Nguyễn Thị Thu Lê - Tính toán hệ dây neo công trình biển nổi

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN THỊ THU LÊ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỆ DÂY NEO CÔNG TRÌNH BIỂN NỔI ĐẶT TẠI VÙNG BIỂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TÀU THỦY HẢI PHÒNG – 2020 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN THỊ THU LÊ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỆ DÂY NEO CÔNG TRÌNH BIỂN NỔI ĐẶT TẠI VÙNG BIỂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TÀU THỦY NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 9520116 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY Người hướng dẫn khoa học: 1. Lê Hồng Bang 2. Đỗ Quang Khải HẢI PHÒNG - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Thị Thu Lê, tác giả của luận án tiến sĩ “Nghiên cứu tính toán hệ dây neo công trình biển nổi đặt tại vùng biển Việt Nam”. Bằng danh dự của mình tôi xin cam Ċoan Ċây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện hoặc Ċồng thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn PGS.

Lê Hồng Bang và PGS. Để hoàn thành luận án này, tôi chỉ dùng những tài liệu Ċã ghi trong mục tài liệu tham khảo mà không dùng tài liệu nào khác. Không hề có sự sao chép, gian lận kết quả của bất kỳ công trình nghiên cứu của các tác giả khác. Hải phòng, ngày 12 tháng 02 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Thu Lê i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án tiến sĩ với Ċề tài: “Nghiên cứu tính toán hệ dây neo công trình biển nổi đặt tại vùng biển Việt Nam” tác giả Ċã nhận Ċược nhiều sự giúp Ċỡ từ các tổ chức và cá nhân.

Tác giả xin chân thành cảm ơn: 1. Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Khoa Đóng tàu, Bộ môn Lý thuyết thiết kế, Bộ môn Công nghệ Vật liệu, Viện Cơ khí Ċã tạo Ċiều kiện về mặt thời gian cũng như công tác chuyên môn Ċể tác giả tập trung vào công việc nghiên cứu; 2. Công ty cổ phần Ċầu tư kỹ thuật và phát triển công nghệ biển Việt Nam VIMARTEC, Công ty Cổ phần MARITECHS Ċã giúp Ċỡ tác giả về số liệu thực tế, phân tích kết quả và Ċóng góp ý kiến cho luận án; 3. Tập thể cán bộ hướng dẫn PGS.

Lê Hồng Bang, PGS. Đỗ Quang Khải và các thầy trong Khoa Đóng tàu Ċã Ċịnh hướng, hướng dẫn và giúp Ċỡ Ċể tác giả tiếp cận tốt hơn với phương pháp nghiên cứu và hoàn thành luận án. Gia Ċình và bạn bè Ċã Ċộng viên, khích lệ Ċể tác giả hoàn thành tốt luận án. Trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Thị Thu Lê ii MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Lời cam Ċoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt và ký hiệu vii Danh mục các bảng xi Danh mục các hình xiii Mở Ċầu 1 1.

Lý do nghiên cứu của Ċề tài 1 2. Mục Ċích của Ċề tài 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Ċề tài 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 5.

Phương pháp nghiên cứu 5 6. Bố cục luận án 6 Chương 1. Tổng quan về tính toán hệ dây neo công trình biển nổi 8 1. Giới thiệu về công trình biển nổi 8 1.

Phân loại hệ thống neo công trình biển nổi 12 iii 1. Dạng neo chùm 19 1. Dạng neo Ċầu cuối 20 1. Nhận xét về các công trình biển nổi ở Việt Nam 20 1.

Tổng quan về tính toán hệ dây neo công trình biển nổi 21 1. Các nghiên cứu tính toán dây neo công trình biển nổi 21 của nước ngoài 1. Tính toán dây neo công trình biển nổi Ċang áp dụng ở 26 Việt Nam 1. Đánh giá về tính toán hệ dây neo ở Việt Nam 35 Chương 2.

Mô hình hóa bài toán tính hệ dây neo theo mô hình 39 không gian 2. Phân tích dây neo trong hệ 40 2. Phân tích phần tử dây neo 41 2. Điều kiện biên của hệ 44 2.

Phân tích dây neo khi chịu tải trọng bản thân 44 2. Công thức Morrison 48 2. Cơ sở lý thuyết sóng 51 2. Lý thuyết dòng chảy 61 iv 2.

Phương trình dao Ċộng tổng quát của hệ 63 2. Xác Ċịnh véc tơ tải trọng nút theo phương pháp PTHH 65 2. Phương pháp tích phân trực tiếp phương trình vi phân 69 theo Newmark 2. Mối liên hệ giữa các lý thuyết 72 Chương 3 Xây dựng thuật toán tính toán hệ dây neo công trình 73 biển nổi theo mô hình không gian 3.

Cơ sở và phương pháp xây dựng thuật toán 73 3. Đặc Ċiểm vùng biển và sóng biển Việt Nam 74 3. Vùng biển Việt Nam 74 3. Sóng biển Việt Nam 75 3.

Dạng phổ thích hợp Ċể mô tả sóng ở vùng biển Việt 76 Nam 3. Thuật toán thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên và tính toán 79 các thông số Ċộng học của sóng ở vùng biển Việt Nam 3. Thuật toán tính dây neo Ċơn khi chịu tải trọng bản thân 82 3. Thuật toán tính hệ dây neo theo mô hình không gian 85 3.

Thuật toán quy tải trọng về nút của phần tử dây neo 85 3. Thuật toán xác Ċịnh ma trận Ċộ cứng, ma trận khối 89 lượng, véc tơ tải trọng nút, ma trận cản nhớt của kết cấu 3. Thuật giải phương trình vi phân dao Ċộng hệ dây neo 98 3. Thuật toán tính toán tĩnh lực học hệ dây neo theo mô 99 hình không gian 3.

Thuật toán tính toán Ċộng lực học hệ dây neo theo mô 103 hình không gian v Chương 4. Lập chương trình máy tính và kiểm nghiệm thuật toán 111 tính toán hệ dây neo theo mô hình không gian 4. Tổng quan công trình thực tế - FSO Rạng Đông 111 4. Mô tả chung 111 4.

Số liệu môi trường trong phân tích thiết kế neo 113 4. Hệ thống neo và chằng buộc 114 4. Thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên tại vùng biển mỏ Rạng 116 Đông 4. Số liệu chương trình thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên vùng 116 biển mỏ Rạng Đông 4.

Kết quả tính toán 116 4. Tính toán hệ dây neo theo mô hình không gian 120 4. Số liệu Ċầu vào 120 4. Các thông số và kết quả tính toán 124 4.

Tính toán trên phần mềm OCARFLEX 133 4. Số liệu Ċầu vào 133 4.2 Kết quả tính toán trên phần mềm OCARFLEX 137 4. Đánh giá kết quả tính toán lực căng và chuyển vị trong 140 dây neo Kết luận 142 1. Kết quả và những Ċóng góp mới của luận án 142 2.

Nhận xét và kiến nghị 144 Tài liệu tham khảo 145 Danh mục các công trình Ċã công bố của luận án Phụ lục vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích Ký hiệu Biên Ċộ sóng Bước thời gian CALM Catenary Anchor Leg Mooring Chỉ số chuẩn của phổ CTBN Công trình biển nổi H Chiều cao sóng Hs Chiều cao sóng Ċáng kể  Chiều dài sóng L Chiều dài dây neo Chiều dài giới hạn Ċường dây neo Chiều dài phân Ċoạn dây neo Tm Chu kỳ sóng Tz Chu kỳ cắt không TP Chu kỳ Ċỉnh phổ DNV-GL Det Norske Veritas - Germanischer Lloyd D Đường kính dây neo  Độ lệch của profil sóng so với mặt nước lặng d Độ sâu nước Độ nhám của phần tử FSO Floating Storage and Offloading FPSO Floating Production, Storage and Offloading vii FPDSO Floating Production, Drill, and Storage Offloading g Gia tốc trọng trường ax Gia tốc phần tử nước theo phương ngang az Gia tốc phần tử nước theo phương Ċứng Giá trị Ċiều kiện cân bằng nút Góc lệch pha ngẫu nhiên Góc nghiêng của dây neo ̅ Góc phương vị Góc hợp giữa trục phần tử và véc tơ vận tốc phần tử nước  Hàm thế vận tốc Ca Hệ số khối lượng CD Hệ số lực cản Hệ số lực cản phụ thuộc Ċộ nhám Hệ số lực cản pháp tuyến CDt Hệ số lực cản tiếp tuyến Hệ số cản của vật liệu Hệ số dòng theo Hệ số lực quán tính SF Hệ số an toàn lấy theo quy phạm Hướng sóng Khối lượng riêng của vật liệu dây neo Khối lượng riêng của nước biển T Lực căng trong dây neo Tđ Lực kéo Ċứt của vật liệu dây neo viii , - Ma trận cản nhớt của hệ , - Ma trận chuyển hệ tọa Ċộ , - Ma trận Ċộ cứng của hệ , - Ma trận Ċộ cứng hình học của phần tử , - Ma trận Ċộ cứng Ċàn hồi của phần tử , - Ma trận hàm dạng , - Ma trận khối lượng của hệ , - Ma trận khối lượng của phần tử U  Ma trận tam giác dưới U T Ma trận tam giác trên E Mô Ċun Ċàn hồi của vật liệu Năng lượng sóng ( ) Phổ năng lượng sóng theo hướng sóng ( ) Phổ Pierson-Moskowitz (PM) ( ) Phổ Jonswap PTHH Phần tử hữu hạn SALM Single anchor leg mooring k Số sóng trong phạm vi chiều dài 2 KC Số Keulegan - Carpenter N Số con sóng nd Số dây neo p Số phân Ċoạn trên một dây neo Ċơn qn Tải trọng phân bố vuông góc với trục phần tử qt Tải trọng phân bố dọc trục phần tử ix FT Tải trọng tổ hợp của môi trường tác dụng lên công trình  Tần số sóng Tần số Ċỉnh phổ Tần số sóng bắt Ċầu Tần số song kết thúc A Tiết diện của phần tử dây neo Thông số hình dáng Ċỉnh phổ Thông số Ċộ rộng Ċỉnh phổ q Trọng lượng trên một Ċơn vị chiều dài dây neo Vận tốc lan truyền sóng Vận tốc phần tử nước theo phương x Vận tốc phần tử nước theo phương z ( ) Vận tốc dòng chảy tại Ċộ sâu z ( ) Vận tốc dòng chảy do triều ( ) Vận tốc dòng chảy do gió Vm Vận tốc dòng chảy mặt Vd Vận tốc dòng chảy Ċáy cxj, cyj, czj Véc tơ chỉ phương theo 3 phương x,y,z * + Véc tơ chuyển vị nút * ̇+ Véc tơ vận tốc của chuyển vị nút * ̈+ Véc tơ gia tốc của chuyển vị nút * + Véc tơ tải trọng nút x DANH MỤC CÁC BẢNG Số Tên bảng Trang bảng 1.1 Một số công trình biển nổi và hệ thống dây neo do các công Phụ ty nước ngoài thiết kế và thi công lục 2.1 Hệ số F( ) Phụ lục 3.1Số Số liệu phân bố sóng vùng biển Bắc Việt Nam Phụ lục 3.2 Số liệu phân bố sóng vùng biển Trung Việt Nam Phụ lục 3.3 Số liệu phân bố sóng vùng biển Nam Việt Nam Phụ lục 3.4 Tổng kết Ċiều kiện môi trường biển với chu kỳ lặp 100 năm Phụ tại các mỏ khai thác dầu khí của Việt Nam dùng cho thiết kế lục 3.5 Các trạng thái biển tại vùng biển mỏ Rạng Đông Phụ lục 4.1 Đặc trưng kho nổi FSO Rạng Đông 112 4.